JP3639231B2 - Alignment apparatus and alignment method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関し、特に微少間隙を隔てて対向配置された2つの対象物の位置合わせを行う装置及び位置合わせ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線露光や電子線露光において、一般的に近接露光が用いられる。近接露光では、マスクとウエハとを微少間隙(プロキシミティギャップ)を隔てて配置し、マスクを通してウエハ表面にX線または電子線を照射する。マスクとウエハとの位置合わせは、マスクに形成された位置合わせ用のマスクマークと、ウエハに形成された位置合わせ用のウエハマークとを同時に観察し、両者の位置ずれ量を検出することにより行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
位置合わせ時に、ウエハマークはマスクを通して観察される。マスクが可視光を十分透過させる場合には特に問題はないが、可視光の透過率が低い場合には、十分な明るい像を得ることができず、位置合わせを行うのが困難になる。また、ウエハとマスクとの間隙を調節する際に、ウエハがマスクに接触してしまい、マスクが損傷してしまう場合がある。
【0004】
本発明の目的は、マスクの透過率が低い場合であっても、容易に位置合わせを行うことができ、かつマスクの破損の生じにくい位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第1の面上に第1のマークが形成された第1の対象物を保持する第1の保持手段と、第2の面上に第2のマークが形成された第2の対象物を保持する第2の保持手段と、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面からある間隙を隔てて配置される第1の位置、及び該第1の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の少なくとも一部が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物と重ならない第2の位置に、前記第2の保持手段を移動させる移動機構と、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1のマークの、前記第1の面に平行な方向に関する位置を測定すると共に、前記第2の保持手段が前記第1の位置にあるときに、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面上の第2のマークの、該第2の面に平行な方向に関する位置を測定する第1の測定装置と、前記第2の保持手段が前記第2の位置にあるときに、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、前記第2のマークの位置を測定する第2の測定装置と、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物及び前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の一方を他方に対して変位させる微調機構とを有する位置合わせ装置が提供される。
【0006】
第2の保持手段に、基準マークが形成された部材を保持し、第2の保持手段が第1の位置に配置されている時、及び第2の位置に配置されている時の基準マークの位置を検出する。両者の位置情報を関連づけることにより、第2の保持手段が第2の対象物を保持して第2の位置に配置されている時の、第2のマークの位置情報から、第2の保持手段を第1の位置まで移動させたときの第2のマークの位置を知ることができる。これにより、第2の保持手段を第2の位置から第1の位置まで移動させたときに生ずるであろう第1の対象物と第2の対象物との相対的な位置関係を、第2の保持手段が第2の位置に配置されている状態で、調整することができる。
【0007】
本発明の他の観点によると、(a)第3の保持手段を第3の位置に配置し、第3の測定装置で、該第3の保持手段に固定された基準マークの位置を測定する工程と、(b)前記第3の保持手段を、XY面に平行な方向に移動させて第4の位置に配置し、第4の測定装置で、該第3の保持手段に固定された前記基準マークの位置を測定する工程と、(c)前記工程で得られた前記基準マークの2つの位置情報に基づいて、前記第3の測定装置で測定される位置情報と前記第4の測定装置で測定される位置情報とを関連づけた位置関係情報を求める工程と、(d)前記第3の位置に配置されているときの前記第3の保持手段に保持された第3の対象物に、ある間隙を隔てて対向するように、第4の保持手段で第4の対象物を保持する工程と、(e)前記第の測定装置で、前記第4の保持手段に保持された第4の対象物上の第4のマークの位置を測定する工程と、(f)第3の対象物を前記第3の保持手段で保持し、該第3の保持手段を前記第4の位置まで移動させる工程と、(g)前記第3の保持手段が前記第4の位置まで移動した状態で、該第3の保持手段に保持された第3の対象物に形成された第3のマークの位置を、前記第4の測定装置で測定する工程と、(h)前記第3の保持手段を前記XY面に平行な方向に移動させて前記第3の位置に配置すると共に、前記第3のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第3の対象物及び第4の対象物の一方を他方に対して相対的に移動させ、両者の位置合わせを行う工程とを有し、前記工程(a)において、前記XY面に平行な方向、及び該XY面に垂直なZ方向に関して前記基準マークの位置を測定し、前記工程(g)において、前記XY面に平行な方向、及び該XY面に垂直なZ方向に関して前記第3のマークの位置を測定し、前記工程(h)において、XY面に平行な方向及びZ方向に関して位置合わせを行う位置合わせ方法が提供される。
【0008】
第3の保持手段が第4の位置に配置されている状態で、第3のマークの位置が検出される。この状態では、第4の対象物は第3の対象物に対向配置されていない。このため、第4の対象物に遮られることなく、第3のマークを観察することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、図1〜図5を参照して、実施例に関連する本願発明者の先の提案について説明する。
【0010】
図1は、先の提案による位置検出装置の概略図を示す。先の提案による位置検出装置はウエハ/マスク保持部10、光学系20、及び制御装置30を含んで構成されている。
【0011】
ウエハ/マスク保持部10は、ウエハ保持台15、マスク保持台16、微調機構17及び18を含んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台15の上面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の下面にマスク12を保持する。ウエハ11とマスク12とは、ウエハ11の露光面とマスク12のウエハ側の面(マスク面)との間に一定の間隙が形成されるようにほぼ平行に配置される。ウエハ11の露光面には、位置合わせ用のウエハマークが形成され、マスク12のマスク面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
【0012】
微調機構17は、ウエハ11とマスク12との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエハ保持台15若しくはマスク保持台16を移動させることができる。微調機構18は、ウエハ11の露光面とマスク12のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ保持台15を移動させることができる。図の左から右にX軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってY軸、露光面の法線方向にZ軸をとると、微調機構17は、ウエハ11とマスク12の、X軸方向、Y軸方向、Z軸の回りの回転方向(θz方向)に関する相対位置を調整し、微調機構18は、Z軸方向、X軸及びY軸の回りの回転(あおり)方向(θx及びθy方向)の相対位置を調整する。
【0013】
光学系20は、像検出装置21A、21B、レンズ22、28、ハーフミラー23、26A、光ファイバ24、ミラー26Bを含んで構成される。光学系20の光軸25は、ZX面に平行であり、かつ露光面に対して斜めになるように配置されている。
【0014】
光ファイバ24から放射された照明光はハーフミラー23で反射して光軸25に沿った光線束とされ、レンズ22を通して露光面に斜入射される。レンズ22を透過した照明光は平行光線束もしくは収束光線束になる。
【0015】
ウエハ11及びマスク12に設けられたウエハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点を有する場合には、エッジ若しくは頂点で照明光が散乱される。散乱光のうちレンズ22に入射する光はレンズ22で収束され、その一部がハーフミラー23と26Aを透過して像検出装置21Aの受光面29A上に結像する。受光面29A上への結像倍率は、例えば20倍である。散乱光のうちハーフミラー26Aで反射した光は、ミラー26Bで反射し、リレーレンズ28で収束されて像検出装置21Bの受光面29B上に結像する。受光面29B上への結像倍率は、例えば80〜100倍である。このように、相互に倍率の異なる2つの観測光学系が配置されている。
【0016】
像検出装置21A及び21Bは、それぞれ受光面29A及び29B上に結像したウエハ11及びマスク12からの散乱光による像を光電変換し画像信号を得る。これらの画像信号は制御装置30に入力される。
【0017】
制御装置30は、像検出装置21A及び21Bから入力された画像信号を処理して、ウエハ11とマスク12との相対位置を検出する。さらに、ウエハ11とマスク12が所定の相対位置関係になるように、微調機構17及び18に対して制御信号を送出する。微調機構17は、この制御信号に基づいてマスク保持台16をXY面内で平行移動させ、Z軸の回りに回転させる。微調機構18は、この制御信号に基づいてウエハ保持台15をZ軸方向に平行移動させ、X軸とY軸の回りに微小回転させる。
【0018】
図2(A)は、図1のウエハ11及びマスク12に形成された位置合わせ用のウエハマーク13A、13B、及びマスクマーク14の相対位置関係を示す平面図である。長方形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に14個、行列状に配列して各ウエハマーク13A及び13Bが形成されている。同様の長方形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に5個、行列状に配置して1つのマスクマーク14が形成されている。位置合わせが完了した状態では、マスクマーク14は、Y軸方向に関してウエハマーク13Aと13Bとのほぼ中央に配置される。
【0019】
ウエハマーク13A、13B、及びマスクマーク14の各長方形パターンの長辺はX軸と平行にされ、短辺はY軸と平行にされている。各長方形パターンの長辺の長さは例えば2μm、短辺の長さは例えば1μmであり、各マーク内における長方形パターンのX軸及びY軸方向の配列ピッチは4μmである。ウエハマーク13Aと13Bとの中心間距離は56μmである。
【0020】
図2(B)は、図2(A)の一点鎖線B2−B2における断面図を示す。ウエハマーク13A及び13Bは、例えば露光面上に形成したSiN膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。マスクマーク14は、例えばSiC等からなるメンブレン12のマスク面上に形成したTa4B膜をパターニングして形成される。
【0021】
図2(C)は、図2(A)の一点鎖線C2−C2における断面図を示す。光軸25に沿ってウエハマーク13A、13B及びマスクマーク14に入射した照明光は、図2(C)の各長方形パターンの短辺側のエッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は正反射し、図1のレンズ22には入射しない。従って、像検出装置21A及び21Bでエッジからの散乱光のみを検出することができる。ここで、正反射とは、入射光のうちほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するような態様の反射をいい、反射角が入射角と等しくなる。
【0022】
図1の光学系20の物空間において光軸25に垂直な1つの平面上の複数の点からの散乱光が、像検出装置21A及び21Bの受光面29A及び29B上に同時に結像する。受光面29A及び29B上に結像している物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶこととする。
【0023】
図2(C)において、ウエハマーク13A、13B及びマスクマーク14の各エッジのうち、物面27上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦するが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず、エッジの位置が物面から遠ざかるに従って当該エッジからの散乱光による像のピントが合わなくなる。従って、各マークのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジからの散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。
【0024】
図3は、エッジからの散乱光による受光面上の像のスケッチである。図3のu軸が図2(C)における物面27とZX面との交線方向に相当し、V軸が図2(C)におけるY軸に相当する。ウエハマーク13A及び13Bからの散乱光による像40A及び40Bがv軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク14からの散乱光による像41が現れる。
【0025】
各長方形パターンの前方のエッジと後方のエッジによる散乱光が観測されるため、1つの長方形パターンに対して2つの点状の像が現れる。各像において、図2(C)の物面27近傍のエッジからの散乱光による像がはっきりと現れ、それからu軸方向に離れるに従ってぼけた像となる。また、図2(C)に示すように、観測光軸25が露光面に対して傾いているため、ウエハマークからの散乱光による像40A及び40Bの最もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光による像41の最もピントの合っている位置とは、u軸方向に関して一致しない。
【0026】
マスクマークからの散乱光による像41が、v軸方向に関して像40Aと40Bとの中央に位置するように、図1のウエハ保持台15とマスク保持台16とを移動させることにより、Y軸方向、即ち物面と露光面との交線方向に関してウエハ11とマスク12との位置合わせを行うことができる。
【0027】
図1に示す位置検出装置では、ウエハマーク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系20を露光のためのエネルギビーム40の経路内に配置する必要がない。このため、露光時に光学系20を露光範囲外に退避させる必要がない。また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観察光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定した像を得ることができる。
【0028】
図4(A)及び図4(B)は、像検出装置21により得られた画像信号を示す。横軸は図3のv軸に対応し、縦軸は光強度を表す。なお、この画像信号は、図3に示す受光面を走査して得られた画像信号のうち、像40A及び40Bの最もピントの合っている位置の走査線と像41の最もピントの合っている位置の走査線に対応する画像信号を合成したものである。
【0029】
図4(A)は、ウエハマークがポリシリコンで形成されている場合、図4(B)はウエハマークがSiNで形成されている場合を示す。なお、マスクマークは、共に、Ta4Bで形成されている。図4(A)及び図4(B)に示すように、ほぼ中央にマスクマークに対応する3本のピークが現れ、その両側にウエハマークに対応する3本のピークが現れている。
【0030】
以下、図4(A)または図4(B)に示す波形から、マスクマークとウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波形をv軸方向にずらしながら2つのウエハマークの各々に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマークとの中心間距離に対応する。
【0031】
マスクマークに対応するピーク波形とその両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動することにより、図1のY軸方向に関して位置合わせを行うことができる。
【0032】
なお、図3に示す2次元の画像信号を、u軸方向及びv軸方向に平行移動し、マスクマークの像とウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行うことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよい。2次元画像のパターンマッチングを行うことにより、u軸方向とv軸方向に関する像間の距離を求めることができる。
【0033】
次に、ウエハとマスクとの間隔を測定する方法について説明する。図3において、ウエハマークからの散乱光による像40A、40B内のu軸方向に関して最もピントの合っている位置u0が、図2(C)における物面27と露光面との交線P0に相当する。また、図3において、マスクマークからの散乱光による像41のうち、u軸方向に関して最もピントの合っている位置u1が、図2(C)における物面27とマスク面との交線P1に相当する。例えば、図3に示す2次元画像のパターンマッチングにより位置u0とu1間の距離を求めることができる。
【0034】
線分P01の長さをL(P01)で表すと、ウエハ11とマスク12との間隔δは、
【0035】
【数1】
δ=L(P01)×sin(α)
と表される。ここで、αは露光面の法線方向と光軸25とのなす角である。従って、図3におけるu軸上の位置u0とu1間の距離L(u01)を測定して線分P01の長さを求めることにより、間隔δを知ることができる。
【0036】
なお、観測された像同士のパターンマッチングを行うのではなく、基準となる像とのパターンマッチングを行ってもよい。この場合、所望の相対位置関係を満たすようにウエハとマスクとを配置した状態における基準画像信号を、予め記憶しておく。観測されたウエハマークと予め記憶されているウエハマークの像同士の相似性パターンマッチングを行うことにより、ウエハの基準位置からのずれ量を求める。同様にマスクの基準位置からのずれ量を求める。このずれ量から、ウエハとマスクの相対位置を知ることができる。
【0037】
図1に示すY軸方向に関する位置合わせに要求される精度は、集積回路装置の集積度向上に伴って厳しくなっている。例えば、16Gビットの記憶容量を有するダイナミックRAMの場合、12.5nm程度の位置合わせ精度が要求される。
【0038】
図4に示す画像信号に基づいて位置合わせを行うためには、ウエハとマスクとの相対位置合わせがある程度の誤差範囲内に納まっていることが好ましい。しかし、図1に示すウエハ11をウエハ保持台15に保持し、マスク12をマスク保持台16に、この誤差範囲内に納まる精度で保持することは困難である。このため、ウエハ11とマスク12とを保持した後、この誤差範囲内に納まるように粗い位置合わせ(コースアライメント)を行うことが好ましい。
【0039】
結像倍率の低い受光面29A上の像による画像信号に基づいて、このコースアライメントを容易に行うことができる。コースアライメントが完了した後、結像倍率の高い受光面29B上の像による画像信号に基づいて、より高精度の位置合わせ(ファインアライメント)を行うことができる。ファインアライメントを行う前にコースアライメントを行うことにより、ウエハとマスクとを保持する時に要求される位置合わせ精度が緩和される。
【0040】
また、集積度向上に伴い、ウエハ11とマスク12との間隔も一定に保つことが要求される。この間隔は、例えば、線幅0.1μmのX線露光の場合には、10〜20μm程度であり、±1μm程度の精度が要求される。結像倍率の低い受光面29A上の像による画像信号に基づいて、ウエハとマスクとの間隔を検出する。
【0041】
図1では、照明光の光軸と観測光学系の光軸とが一致する場合について示したが、照明光の正反射光が観測光学系20のレンズ22に入射しないような構成であれば、必ずしも2つの光軸を一致させる必要はない。
【0042】
次に、図5を参照して、倍率補正量検出方法ついて説明する。
【0043】
図5は、位置合わせすべきウエハ11とマスク12、及び光学系の概略平面図を示す。ウエハの露光すべき表面内に、XY直交座標系を考える。ウエハ11の表面上に、第1及び第2のX軸用ウエハマークUX1及びUX2が形成されている。両者は、X軸方向に関して相互に異なる位置に配置されている。さらに、ウエハ11の表面上に、第1及び第2のY軸用ウエハマークUY1及びUY2が配置されている。両者は、Y軸方向に関して相互に異なる位置に配置されている。
【0044】
マスク12には、第1及び第2のx軸用マスクマークMX1及びMX2、第1及び第2のY軸用マスクマークMY1及びMY2が形成されている。第1及び第2のX軸用マスクマークMX1及びMX2は、それぞれ第1及び第2のX軸用ウエハマークUX1及びUX2に対応する位置に配置され、第1及び第2のY軸用マスクマークMY1及びMY2は、それぞれ第1及び第2のY軸用ウエハマークUY1及びUY2に対応する位置に配置されている。
【0045】
これらのウエハマーク及びマスクマークは、図2(A)に示したものと同様の構成を有する。光学系20X1が、第1のX軸用ウエハマークUX1及び第1のX軸用マスクマークMX1のX軸方向のずれ量Δx1を観測する。光学系20X2が、第2のX軸用ウエハマークUX2及び第2のX軸用マスクマークMX2のX軸方向のずれ量Δx2を観測する。光学系20Y1が、第1のY軸用ウエハマークUY1及び第1のY軸用マスクマークMY1のY軸方向のずれ量Δy1を観測する。光学系20Y2が、第2のY軸用ウエハマークUY2及び第2のY軸用マスクマークMY2のY軸方向のずれ量Δy2を観測する。これら光学系20X1〜20Y2の各々は、図1に示す光学系20と同様の構成を有する。
【0046】
次に、マスク12の倍率補正量を検出する方法を説明する。最初に、各ウエハマークUX1〜UY2と、それらに対応するマスクマークMX1〜MY2を観測し、粗い位置合わせを行う。
【0047】
次に、ずれ量Δx1、Δy1、及びΔy2を測定する。ずれ量Δx1に基づいて、ウエハ11とマスク12とのX軸方向の相対位置を調節する。より具体的には、ずれ量Δx1が0になるように、ウエハ11に対してマスク12をX軸方向に移動させる。
【0048】
ずれ量Δy1及びΔy2に基づいて、ウエハ11とマスク12とのY軸方向の相対位置を調節する。例えば、(Δy1+Δy2)/2が0になるように、ウエハ11に対してマスク12をY軸方向に移動させる。さらに、ずれ量Δy1及びΔy2に基づいて、ウエハ11とマスク12との面内回転方向の相対位置を調節する。例えば、tan-1〔(Δy1−Δy2)/Lx〕から求まる角度だけ、マスク12を面内方向に回転させる。
【0049】
ここまでの操作により、X軸方向に関しては、第1のX軸用ウエハマークUX1が形成されている位置において、ウエハ11とマスク12との位置が整合する。マスク12が熱膨張等により変形している場合、その他の位置においては、両者の位置がマスクの変形量だけずれる。Y軸方向に関しては、第1のY軸用ウエハマークUY1と第2のY軸用ウエハマークUY2とが配置されている位置のほぼ中央の位置において、ウエハ11とマスク12との位置が整合する。
【0050】
次に、ずれ量Δx2を測定する。ずれ量Δx2が0でない場合には、長さLxに対してずれ量Δx2だけ、マスク12がX軸方向に歪んでいることになる。すなわち、Δx2/Lxから、X軸方向の倍率補正量を求めることができる。
【0051】
次に、ずれ量Δx1、Δx2、及びΔy1を測定する。なお、ここまでの工程で、ずれ量Δx1を0とし、そのときのずれ量Δx2を測定しているため、再度測定し直さなくてもよい。Y軸方向に関しては、ずれ量Δy1を測定した後、マスク12をY軸方向に移動させているため、再度ずれ量Δy1を測定する必要がある。
【0052】
ずれ量Δy1に基づいて、ウエハ11とマスク12とのY軸方向の相対位置を調節する。より具体的には、ずれ量Δy1が0になるように、ウエハ11に対してマスク12をY軸方向に移動させる。
【0053】
ずれ量Δx1及びΔx2に基づいて、ウエハ11とマスク12とのX軸方向の相対位置を調節する。例えば、(Δx1+Δx2)/2が0になるように、ウエハ11に対してマスク12をX軸方向に移動させる。さらに、ずれ量Δx1及びΔx2に基づいて、ウエハ11とマスク12との面内回転方向の相対位置を調節する。例えば、tan-1〔(Δx1−Δx2)/Ly〕から求まる角度だけ、マスク12を面内方向に回転させる。
【0054】
ここまでの操作により、Y軸方向に関しては、第1のY軸用ウエハマークUY1が形成されている位置において、ウエハ11とマスク12との位置が整合する。マスク12が熱膨張等により変形している場合、その他の位置においては、両者の位置がマスクの変形量だけずれる。X軸方向に関しては、第1のX軸用ウエハマークUX1と第2のX軸用ウエハマークUX2とが配置されている位置のほぼ中央の位置に置いて、ウエハ11とマスク12との位置が整合する。
【0055】
次に、ずれ量Δy2を測定する。ずれ量Δy2が0でない場合には、長さLyに対してずれ量Δy2だけ、マスク12がY軸方向に歪んでいることになる。すなわち、Δy2/Lyから、Y軸方向の倍率補正量を求めることができる。
【0056】
X軸方向及びY軸方向の倍率補正量が求まると、この補正量に基づいてマスク12の倍率補正を行う。
【0057】
倍率補正は、例えば、マスクを局所的に加熱して熱変形させることにより行われる。加熱部位を適当に選択することにより、X軸方向またはY軸方向にほぼ独立に変形させることができる(島津らによる「X線マスク熱変形補正による合わせ法の提案」、1997年秋期第58回応用物理学会学術講演予稿集、講演番号4p−ZL−8、第700頁参照)。または、マスクに外部から応力を加えてマスクを変形させてもよい。マスクの倍率補正を行った後、露光を行う。なお、倍率補正後に、再度微細な位置合わせを行ってもよい。
【0058】
次に、図6を参照して、本発明の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【0059】
基台50の上に、リニアガイド51が取り付けられ、移動機構52が、リニアガイド51に沿って並進移動する。移動機構52に、微調機構17及び18を介してウエハ保持台15が取り付けられている。ウエハ保持台15が、その上面にウエハ11を保持する。ウエハ保持台15の上方にマスク保持台16が配置されている。マスク保持台16は、その下面にマスク12を保持する。微調機構17、18、ウエハ保持台15、及びマスク保持台16の構成は、図1に示した先の提案による位置合わせ装置の構成と同様である。図6に示した位置合わせ装置においても、図1に示したXYZ直交座標系と同様の座標系を考える。リニアガイド51は、移動機構52をY軸に平行な方向に案内する。
【0060】
移動機構52は、ウエハ保持台15を、ウエハ11がマスク12に対向する露光位置53から待避位置54まで移動させることができる。ウエハ保持台15が待避位置54に配置されると、ウエハ保持台15に保持されたウエハ11は、Z軸に平行な視線で見た時、マスク保持台16に保持されたマスク12と重ならないように配置される。
【0061】
マスク保持台16の上方に光学系20X1及び20X2が配置されている。光学系20X1及び20X2の各々は、図1に示した光学系20と同様のものである。なお、図6では、2つの光学系しか示されていないが、実際には、図5に示したように、4つの光学系20X1、20X2、20Y1、及び20Y2が配置されている。これらの光学系20X1、20X2、20Y1、及び20Y2は、マスク12に形成されたマスクマークの位置を検出するとともに、ウエハ保持台15が露光位置53に配置されている状態で、ウエハ11の露光面に形成されたウエハマークの位置を検出する。これらのマークの位置検出方法は、図3及び図4を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。さらに、図2(C)及び図3を参照して説明したように、マスク12とウエハ11とのギャップを測定することができる。
【0062】
なお、図3では、ウエハマークの像40A及び40Bと、マスクマークの像41とが、同時に観測される場合を説明したが、両者は必ずしも同時に観測される必要はない。例えば、マスク12がマスク保持台16に保持されていない状態で、ウエハマークの像40A及び40Bのみを観測して、最もピントの合っている位置 を検出する。次に、マスク12を取り付けて、マスクマークの像41を観測して、最もピントの合っている位置 を検出する。マスク12を取り付ける前後で、ウエハ11のZ軸方向の位置(高さ)が変化しないならば、異なる時期に測定された位置uとuとから、マスク12とウエハ11とのギャップを求めることができる。X軸方向及びY軸方向の位置も、異なる時期に測定することが可能である。
【0063】
移動機構52が待避位置54に配置されているときのウエハ保持台15の上方に、光学系60X1、60X2、60Y1、及び60Y2が配置されている。光学系60X1、60X2、60Y1、及び60Y2は、それぞれ光学系20X1、20X2、20Y1、及び20Y2と同様の構成及び機能を有する。
【0064】
光学系20X1、20X2、20Y1、20Y2、60X1、60X2、60Y1、及び60Y2の測定結果が、制御装置に30に入力される。制御装置30は、測定結果を記憶装置30Aに記憶する。記憶装置30Aは、例えば半導体メモリで構成される。さらに、制御装置30は、微調機構17、18、及び移動機構52を制御する。
【0065】
次に、図7〜図10を参照して、本発明の実施例による位置合わせ方法について説明する。図7〜図10は、マスク保持台16、ウエハ保持台15、及び光学系20X1、20X2、20Y1、20Y2、60X1、60X2、60Y1、及び60Y2の配置を示す平面図である。
【0066】
図7に示すように、ウエハ保持台15にダミーウエハ55を保持し露光位置53に配置する。このとき、マスクは未だマスク保持台16に保持されていない。ダミーウエハ55の表面上に、4つの基準マーク56X1、56X2、56Y1、及び56Y2が形成されている。基準マーク56X1、56X2、56Y1、及び56Y2の各々は、図2(A)に示したウエハマーク13A及び13Bと同様の構成を有し、それぞれ図5に示したウエハマークUX1、UX2、UY1、及びUY2に対応する。光学系20X1〜20Y2で、それぞれ基準マーク56X1〜56Y2の位置を測定する。
【0067】
以下、基準マーク56X1を取り上げて説明するが、その他の基準マーク56X2、56Y1及び56Y2についても以下の説明と同様の手順を実行する。
【0068】
基準マーク56X1の中心のX座標をx1とし、Z軸方向の高さをz1とする。ウエハ保持台15を、待避位置54まで移動させる。光学系60X1で、基準マーク56X1の位置を測定する。基準マーク56X1のX座標をx2とし、Z軸方向の高さをz2とする。ウエハ保持台15をY軸方向に移動させたとき、X軸方向及びZ軸方向への変位がなく、かつ光学系20X1の観測座標と光学系60X1の観測座標との相対関係が調整済みであれば、x1=x2、かつz1=z2になるが、一般的には、x1≠x2、かつz1≠z2となる。
【0069】
位置関係情報Δx、Δzを、それぞれΔx=x1−x2、Δz=z1−z2と定義する。位置関係情報Δx及びΔzは、図6に示した記憶装置30Aに記憶される。基準マーク56X1〜56Y2の位置を測定した後、ダミーウエハ55をウエハ保持台15から取り外す。
【0070】
図8に示すように、マスク保持台16にマスク12を保持する。マスク12のマスク面に、マスクマーク57X1、57X2、57Y1、及び57Y2が形成されている。マスクマーク57X1、57X2、57Y1、及び57Y2の各々は、図2(A)に示したウエハマーク14と同様の構成を有し、それぞれ図5に示したマスクマークMX1、MX2、MY1、及びMY2に対応する。
【0071】
光学系20X1で、マスクマーク57X1のX軸方向に関する位置、及びZ軸方向の高さを測定する。マスクマーク57X1のX座標をx0、Z軸方向の高さをz0とし、両者を記憶装置30Aに記憶させる。他のマスクマーク57X2、57Y1、及び57Y2についても同様の手順を実行する。
【0072】
図9に示すように、ウエハ保持台15にウエハ11を保持し、待避位置54に配置する。ウエハ11の露光面に、複数の単位露光領域11Aが画定されている。単位露光領域11Aごとに、位置合わせ及び露光が行われる。
【0073】
単位露光領域11Aの各々に、4つのウエハマーク58X1、58X2、58Y1、及び58Y2が形成されている。光学系60X1でウエハマーク58X1の位置を測定する。ウエハマーク58X1のX座標をx3、Z軸方向の高さをz3とする。他のウエハマーク58X2、58Y1、及び58Y2についても同様の手順を実行する。
【0074】
ウエハ保持台15を露光位置53まで移動させると、ウエハマーク58X1とマスクマーク57X1とのX軸方向の位置ずれ量はx0−(x3−Δx)となり、ウエハマーク58X1が形成された位置におけるマスクとウエハとの間隙の大きさは、z0−(z3−Δz)となる。同様に、ウエハマーク58X2とマスクマーク57X2とのX軸方向の位置ずれ量、ウエハマーク58Y1とマスクマーク57Y1とのY軸方向の位置ずれ量、及びウエハマーク58Y2とマスクマーク57Y2とのY軸方向の位置ずれ量が求まる。さらに、これらのマークが形成された位置におけるウエハとマスクとの間隙の大きさが求まる。
【0075】
これらの情報から、ウエハとマスクとの位置合わせを行うためのX軸、Y軸方向の移動量、及びθz方向の回転角度を求めることができる。これにより、ウエハとマスクとの位置合わせを行うことができる。ウエハ保持台15が待避位置54に配置されている状態で微調機構17及び18を動作させ、位置合わせを行う。
【0076】
図10に示すように、ウエハ保持台15を露光位置53まで移動させる。待避位置54で位置合わせが行われているため、ウエハ保持台15を露光位置53まで移動させた状態で、既にウエハとマスクとの位置合わせは完了している。
【0077】
上記実施例では、図9に示したように、ウエハマークを、マスクを介することなく直接観察することができる。このため、マスクの透過率が低い場合であっても、ウエハマークの位置を容易に検出することができる。また、ウエハ保持台15が待避位置54に配置されている状態で位置合わせが行われるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【0078】
上記実施例では、ダミーウエハ55を用いて位置関係情報Δx及びΔzを求めたが、ダミーウエハ55の代わりに、実際に露光すべきウエハを用いて位置関係情報Δx及びΔzを求めることも可能である。例えば、決められた期間ごとに、最初に処理されるウエハを用いて位置関係情報を求めてもよい。2枚目以降のウエハを処理する際には、1枚目のウエハを用いて得られた位置関係情報を利用して、マスクとウエハとの位置合わせが行なわれる。
【0079】
次に、図11を参照して、本発明の他の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【0080】
図11(A)は、他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びそれに取り付けられたターゲットステージの平面図を示し、図11(B)は、その一点鎖線B11−B11における断面図を示す。
【0081】
図11(B)に示すように、ターゲットステージ70が、リニアアクチュエータ71及び接続部材73を介してウエハ保持台15に取り付けられている。ターゲットステージ70は、ウエハ保持台15に保持されたウエハ11の露光面に平行なターゲット面70Aを有する。リニアアクチュエータ71は、ターゲット70をZ軸方向に変位させ、ターゲット面70Aがウエハ11の露光面と同じ高さになるように調整することができる。
【0082】
図11(A)に示すように、ターゲット面70A上に、基準マーク72X1、72X2、72Y1、及び72Y2が形成されている。これらの基準マークは、図7に示したダミーウエハ55に形成されていた基準マーク56X1〜56Y2と同様のものである。図7を参照して説明した手順におけるダミーウエハ55の基準マーク56X1〜56Y2の代わりにターゲット70の基準マーク72X1〜72Y2を用いて、位置関係情報Δx及びΔzを求めることができる。このとき、ターゲット面70Aの高さをウエハ11の露光面と同一の高さにしておくことが好ましい。
【0083】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハの露光面に形成されたウエハマークを、マスクを通すことなく直接観察し、その位置を検出することができる。また、マスクの配置されていない待避位置で、ウエハとマスクとの間隙の調節を行うことができるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】先の提案による位置合わせ装置の概略を示す断面図である。
【図2】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面図である。
【図3】ウエハマークとマスクマークからの散乱光による像をスケッチした図である。
【図4】図1に示す位置検出装置により得られた散乱光による像の画像信号の一例を示すグラフである。
【図5】先の提案による位置検出装置におけるウエハ、マスク及び光学系の配置を説明するための平面図である。
【図6】実施例による位置合わせ装置の主要部の概略断面図である。
【図7】実施例による位置合わせ方法を説明するためのダミーウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図8】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図9】実施例による位置合わせ方法を説明するためのウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図10】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク、ウエハ、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図11】他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びターゲットの平面図及び断面図である。
【符号の説明】
10 ウエハ/マスク保持部
11 ウエハ
12 マスク
13A、13B ウエハマーク
14 マスクマーク
15 ウエハ保持台
16 マスク保持台
17、18 微調機構
20、60 光学系
21A、21B 像検出装置
22 レンズ
23、26A ハーフミラー
24 光ファイバ
25 光軸
26B ミラー
27 物面
28 リレーレンズ
29A、29B 結像面
30 制御装置
31 変形補償手段
40A、40B ウエハマークからの散乱光による像
41 マスクマークからの散乱光による像
50 基台
51 リニアガイド
52 移動機構
53 露光位置
54 退避位置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alignment apparatus and an alignment method, and more particularly to an apparatus and an alignment method for aligning two objects that are opposed to each other with a minute gap therebetween.
[0002]
[Prior art]
In X-ray exposure and electron beam exposure, proximity exposure is generally used. In the proximity exposure, the mask and the wafer are arranged with a small gap (proximity gap) therebetween, and the wafer surface is irradiated with X-rays or electron beams through the mask. The alignment between the mask and the wafer is performed by simultaneously observing the alignment mask mark formed on the mask and the alignment wafer mark formed on the wafer and detecting the amount of positional deviation between them. Is called.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
During alignment, the wafer mark is observed through the mask. There is no particular problem when the mask transmits visible light sufficiently, but when the visible light transmittance is low, a sufficiently bright image cannot be obtained, and alignment becomes difficult. Further, when adjusting the gap between the wafer and the mask, the wafer may come into contact with the mask and the mask may be damaged.
[0004]
An object of the present invention is to provide an alignment apparatus and an alignment method that can be easily aligned even when the transmittance of the mask is low and are less likely to cause damage to the mask.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  According to one aspect of the present invention, the first holding means for holding the first object on which the first mark is formed on the first surface and the second mark on the second surface are formed. A second holding means for holding the second object and a second surface of the second object held by the second holding means are held by the first holding means. When viewed from a first position arranged with a gap from the first surface of the object and a line of sight parallel to the normal direction of the first surface, the second object is held by the second holding means. A moving mechanism for moving the second holding means to a second position where at least a part of the second object does not overlap the first object held by the first holding means; The first mark of the first object held by the first holding means;, Relating to a direction parallel to the first surfacepositionAs well as measuringWhen the second holding means is in the first position, the second mark on the second surface of the second object held by the second holding means, In a direction parallel to the second surfaceWhen the first measuring device for measuring the position and the second holding means are in the second position, the second surface of the second object held by the second holding meansWith respect to a direction parallel to and perpendicular toOne of a second measuring device that measures the position of the second mark, the first object held by the first holding means, and the second object held by the second holding means An alignment device is provided having a fine adjustment mechanism that is displaced relative to the other.
[0006]
The second holding means holds the member on which the reference mark is formed. When the second holding means is arranged at the first position, and when the second holding means is arranged at the second position, Detect position. By associating the positional information of the two, the second holding means is obtained from the position information of the second mark when the second holding means holds the second object and is arranged at the second position. It is possible to know the position of the second mark when is moved to the first position. As a result, the relative positional relationship between the first object and the second object, which would occur when the second holding means is moved from the second position to the first position, Can be adjusted in a state where the holding means is arranged at the second position.
[0007]
  According to another aspect of the present invention, (a) the third holding means is arranged at the third position, and the position of the reference mark fixed to the third holding means is measured by the third measuring device. And (b) the third holding means, Move in a direction parallel to the XY plane4th positionPlaced inA step of measuring the position of the reference mark fixed to the third holding means by a fourth measuring device, and (c) based on two pieces of position information of the reference mark obtained in the step, Obtaining positional relationship information associating positional information measured by the third measuring device with positional information measured by the fourth measuring device; and (d) disposed at the third position. Holding the fourth object by the fourth holding means so as to face the third object held by the third holding means at a time with a certain gap, and (e) First3Measuring the position of the fourth mark on the fourth object held by the fourth holding means, and (f) using the third holding means to measure the third object. Holding and moving the third holding means to the fourth position; and (g) holding the third holding means in the state where the third holding means has moved to the fourth position. Measuring the position of the third mark formed on the third object formed by the fourth measuring device; and (h) the third holding means.Move in a direction parallel to the XY planeSaid third positionTo placeIn addition, based on the position information of the third mark and the positional relationship information, one of the third object and the fourth object is moved relative to the other, and the both are aligned. ProcessIn the step (a), the position of the reference mark is measured with respect to a direction parallel to the XY plane and a Z direction perpendicular to the XY plane, and in the step (g), a direction parallel to the XY plane. , And the position of the third mark with respect to the Z direction perpendicular to the XY plane, and in the step (h), alignment is performed with respect to the direction parallel to the XY plane and the Z direction.An alignment method is provided.
[0008]
The position of the third mark is detected in a state where the third holding means is arranged at the fourth position. In this state, the fourth object is not disposed opposite to the third object. For this reason, the third mark can be observed without being blocked by the fourth object.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before describing the embodiment of the present invention, the previous proposal of the present inventor related to the embodiment will be described with reference to FIGS.
[0010]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a position detection apparatus according to the previous proposal. The previously proposed position detection apparatus includes a wafer / mask holding unit 10, an optical system 20, and a control device 30.
[0011]
The wafer / mask holder 10 includes a wafer holder 15, a mask holder 16, and fine adjustment mechanisms 17 and 18. At the time of alignment, the wafer 11 is held on the upper surface of the wafer holding table 15 and the mask 12 is held on the lower surface of the mask holding table 16. The wafer 11 and the mask 12 are arranged substantially in parallel so that a certain gap is formed between the exposure surface of the wafer 11 and the wafer side surface (mask surface) of the mask 12. A wafer mark for alignment is formed on the exposure surface of the wafer 11, and a mask mark for alignment is formed on the mask surface of the mask 12.
[0012]
The fine adjustment mechanism 17 can move the wafer holding table 15 or the mask holding table 16 so that the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the exposure plane changes. The fine adjustment mechanism 18 can move the wafer holder 15 so that the distance between the exposure surface of the wafer 11 and the mask surface of the mask 12 changes. When the X axis is taken from the left to the right in the figure, the Y axis is directed from the front surface to the back surface in the direction perpendicular to the paper surface, and the Z axis is taken in the normal direction of the exposure surface, the fine adjustment mechanism 17 The relative position with respect to the axial direction, the Y-axis direction, and the rotational direction (θz direction) around the Z-axis is adjusted, and the fine adjustment mechanism 18 rotates (tilting) directions (θx and The relative position in the θy direction) is adjusted.
[0013]
The optical system 20 includes image detection devices 21A and 21B, lenses 22 and 28, half mirrors 23 and 26A, an optical fiber 24, and a mirror 26B. The optical axis 25 of the optical system 20 is arranged to be parallel to the ZX plane and oblique to the exposure surface.
[0014]
Illumination light emitted from the optical fiber 24 is reflected by the half mirror 23 to form a light bundle along the optical axis 25, and is obliquely incident on the exposure surface through the lens 22. The illumination light transmitted through the lens 22 becomes a parallel light beam or a convergent light beam.
[0015]
When the wafer mark and mask mark provided on the wafer 11 and the mask 12 have edges or vertices, the illumination light is scattered at the edges or vertices. Of the scattered light, light incident on the lens 22 is converged by the lens 22, and a part of the light passes through the half mirrors 23 and 26A and forms an image on the light receiving surface 29A of the image detection device 21A. The imaging magnification on the light receiving surface 29A is, for example, 20 times. Of the scattered light, the light reflected by the half mirror 26A is reflected by the mirror 26B, converged by the relay lens 28, and forms an image on the light receiving surface 29B of the image detection device 21B. The imaging magnification on the light receiving surface 29B is, for example, 80 to 100 times. Thus, two observation optical systems having different magnifications are arranged.
[0016]
The image detection devices 21A and 21B photoelectrically convert images of the scattered light from the wafer 11 and the mask 12 formed on the light receiving surfaces 29A and 29B, respectively, to obtain image signals. These image signals are input to the control device 30.
[0017]
The control device 30 processes the image signal input from the image detection devices 21 </ b> A and 21 </ b> B and detects the relative position between the wafer 11 and the mask 12. Further, a control signal is sent to the fine adjustment mechanisms 17 and 18 so that the wafer 11 and the mask 12 have a predetermined relative positional relationship. Based on this control signal, the fine adjustment mechanism 17 translates the mask holding table 16 in the XY plane and rotates it around the Z axis. Based on this control signal, the fine adjustment mechanism 18 translates the wafer holding table 15 in the Z-axis direction and slightly rotates it around the X-axis and the Y-axis.
[0018]
FIG. 2A is a plan view showing the relative positional relationship between the alignment wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 formed on the wafer 11 and the mask 12 of FIG. Wafer marks 13A and 13B are formed by arranging three rectangular patterns in the Y-axis direction and 14 in the X-axis direction in a matrix. One mask mark 14 is formed by arranging three similar rectangular patterns in the Y-axis direction and five in the X-axis direction in a matrix. In the state where the alignment is completed, the mask mark 14 is arranged at substantially the center between the wafer marks 13A and 13B in the Y-axis direction.
[0019]
The long sides of the rectangular patterns of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 are parallel to the X axis, and the short sides are parallel to the Y axis. The long side length of each rectangular pattern is 2 μm, for example, and the short side length is 1 μm, for example, and the arrangement pitch of the rectangular pattern in each mark in the X-axis and Y-axis directions is 4 μm. The distance between the centers of the wafer marks 13A and 13B is 56 μm.
[0020]
2B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line B2-B2 in FIG. Wafer marks 13A and 13B are formed, for example, by patterning a SiN film, a polysilicon film or the like formed on the exposure surface. The mask mark 14 is made of, for example, Ta formed on the mask surface of the membrane 12 made of SiC or the like.FourIt is formed by patterning the B film.
[0021]
FIG. 2C illustrates a cross-sectional view taken along one-dot chain line C2-C2 in FIG. The illumination light incident on the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 along the optical axis 25 is scattered at the short-side edge of each rectangular pattern in FIG. The light applied to the region other than the edge is regularly reflected and does not enter the lens 22 in FIG. Accordingly, only the scattered light from the edge can be detected by the image detection devices 21A and 21B. Here, regular reflection refers to reflection in such a manner that most components of incident light are reflected in the same reflection direction, and the reflection angle is equal to the incident angle.
[0022]
In the object space of the optical system 20 in FIG. 1, scattered light from a plurality of points on one plane perpendicular to the optical axis 25 is simultaneously imaged on the light receiving surfaces 29A and 29B of the image detection devices 21A and 21B. A plane in which object points in the object space that are imaged on the light receiving surfaces 29A and 29B are gathered is referred to as an “object surface”.
[0023]
In FIG. 2C, among the edges of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14, the scattered light from the edge on the object surface 27 is focused on the light receiving surface, but from the edge not on the object surface. The scattered light is not focused, and as the edge moves away from the object surface, the image is not focused by the scattered light from the edge. Therefore, the image by the scattered light from the edge closest to the object surface among the edges of each mark becomes the clearest, and the image by the scattered light from the edge away from the object surface is blurred.
[0024]
FIG. 3 is a sketch of an image on the light receiving surface due to scattered light from the edge. The u axis in FIG. 3 corresponds to the direction of intersection between the object surface 27 and the ZX plane in FIG. 2C, and the V axis corresponds to the Y axis in FIG. Images 40A and 40B due to scattered light from wafer marks 13A and 13B appear apart in the v-axis direction, and image 41 due to scattered light from mask mark 14 appears therebetween.
[0025]
Since scattered light from the front edge and the rear edge of each rectangular pattern is observed, two dot images appear for one rectangular pattern. In each image, an image due to scattered light from an edge in the vicinity of the object surface 27 in FIG. 2C appears clearly, and then becomes a blurred image as the distance in the u-axis direction increases. Further, as shown in FIG. 2C, since the observation optical axis 25 is inclined with respect to the exposure surface, the most focused position of the images 40A and 40B due to the scattered light from the wafer mark and the mask mark. The position where the image 41 is most focused by the scattered light does not coincide with the u-axis direction.
[0026]
1 is moved by moving the wafer holder 15 and the mask holder 16 in FIG. 1 so that the image 41 due to the scattered light from the mask mark is positioned at the center of the images 40A and 40B in the v-axis direction. That is, the wafer 11 and the mask 12 can be aligned with respect to the direction of the line of intersection between the object surface and the exposure surface.
[0027]
In the position detection apparatus shown in FIG. 1, since the wafer mark and the mask mark are observed obliquely, it is not necessary to arrange the optical system 20 in the path of the energy beam 40 for exposure. For this reason, it is not necessary to retract the optical system 20 out of the exposure range during exposure. Further, when the wafer is exposed after the alignment is completed, the position can always be detected even during the exposure. Furthermore, since the illumination optical axis and the observation optical axis are coaxial, there is no axial shift and a stable image can be obtained at all times.
[0028]
4A and 4B show image signals obtained by the image detection device 21. FIG. The horizontal axis corresponds to the v-axis in FIG. 3, and the vertical axis represents the light intensity. This image signal is the most in-focus position of the image 41 and the scanning line at the position where the images 40A and 40B are in focus among the image signals obtained by scanning the light receiving surface shown in FIG. This is a composite of image signals corresponding to a scanning line at a position.
[0029]
4A shows a case where the wafer mark is made of polysilicon, and FIG. 4B shows a case where the wafer mark is made of SiN. Both mask marks are TaFourB is formed. As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), three peaks corresponding to the mask mark appear approximately at the center, and three peaks corresponding to the wafer mark appear on both sides thereof.
[0030]
Hereinafter, an example of a method for detecting the relative position of the mask mark and the wafer mark from the waveform shown in FIG. 4A or FIG. 4B will be briefly described. First, the correlation coefficient with the peak waveform corresponding to each of the two wafer marks is calculated while shifting the peak waveform corresponding to the mask mark in the v-axis direction. The shift amount that gives the maximum correlation coefficient corresponds to the center-to-center distance between the wafer mark and the mask mark.
[0031]
The wafer and the mask are moved so that the intervals between the peak waveform corresponding to the mask mark and the peak waveform corresponding to each of the wafer marks on both sides thereof are equal to each other in the Y-axis direction of FIG. be able to.
[0032]
The two-dimensional image signal shown in FIG. 3 is translated in the u-axis direction and the v-axis direction, and similarity pattern matching between the mask mark image and the wafer mark image is performed, so that the wafer and the mask are aligned. The relative position may be obtained. By performing pattern matching of a two-dimensional image, the distance between images in the u-axis direction and the v-axis direction can be obtained.
[0033]
Next, a method for measuring the distance between the wafer and the mask will be described. In FIG. 3, a position u that is most focused in the u-axis direction in the images 40A and 40B due to scattered light from the wafer mark.0Is an intersection line P between the object surface 27 and the exposure surface in FIG.0It corresponds to. Further, in FIG. 3, the position u that is most focused in the u-axis direction in the image 41 by the scattered light from the mask mark.1Is the intersection line P between the object surface 27 and the mask surface in FIG.1It corresponds to. For example, the position u is obtained by pattern matching of the two-dimensional image shown in FIG.0And u1The distance between them can be determined.
[0034]
Line segment P0P1The length of L (P0P1), The distance δ between the wafer 11 and the mask 12 is
[0035]
[Expression 1]
δ = L (P0P1) × sin (α)
It is expressed. Here, α is an angle formed by the normal direction of the exposure surface and the optical axis 25. Therefore, the position u on the u-axis in FIG.0And u1Distance L (u0u1) To measure line segment P0P1The distance δ can be known by obtaining the length of.
[0036]
Instead of performing pattern matching between observed images, pattern matching with a reference image may be performed. In this case, a reference image signal in a state where the wafer and the mask are arranged so as to satisfy a desired relative positional relationship is stored in advance. The amount of deviation from the reference position of the wafer is obtained by performing similarity pattern matching between the observed wafer mark and the image of the wafer mark stored in advance. Similarly, the amount of deviation from the reference position of the mask is obtained. From the amount of deviation, the relative position of the wafer and the mask can be known.
[0037]
The accuracy required for alignment in the Y-axis direction shown in FIG. 1 is becoming stricter as the degree of integration of integrated circuit devices is improved. For example, in the case of a dynamic RAM having a storage capacity of 16 Gbits, an alignment accuracy of about 12.5 nm is required.
[0038]
In order to perform alignment based on the image signal shown in FIG. 4, it is preferable that the relative alignment between the wafer and the mask is within a certain error range. However, it is difficult to hold the wafer 11 shown in FIG. 1 on the wafer holder 15 and hold the mask 12 on the mask holder 16 with an accuracy that falls within this error range. For this reason, after holding the wafer 11 and the mask 12, it is preferable to perform rough alignment (coarse alignment) so as to be within this error range.
[0039]
This coarse alignment can be easily performed based on an image signal based on an image on the light receiving surface 29A having a low imaging magnification. After the course alignment is completed, more accurate alignment (fine alignment) can be performed based on the image signal of the image on the light receiving surface 29B having a high imaging magnification. By performing the coarse alignment before the fine alignment, the alignment accuracy required when holding the wafer and the mask is relaxed.
[0040]
Further, as the degree of integration increases, it is required to keep the distance between the wafer 11 and the mask 12 constant. This interval is, for example, about 10 to 20 μm in the case of X-ray exposure with a line width of 0.1 μm, and an accuracy of about ± 1 μm is required. An interval between the wafer and the mask is detected based on an image signal based on an image on the light receiving surface 29A having a low imaging magnification.
[0041]
FIG. 1 shows the case where the optical axis of the illumination light and the optical axis of the observation optical system coincide with each other. However, if the regular reflection light of the illumination light does not enter the lens 22 of the observation optical system 20, It is not always necessary to match the two optical axes.
[0042]
Next, the magnification correction amount detection method will be described with reference to FIG.
[0043]
FIG. 5 shows a schematic plan view of the wafer 11 and mask 12 to be aligned and the optical system. Consider an XY Cartesian coordinate system within the surface of the wafer to be exposed. On the surface of the wafer 11, the first and second X-axis wafer marks UX1And UX2Is formed. Both are arrange | positioned in the mutually different position regarding the X-axis direction. Further, the first and second Y-axis wafer marks UY are formed on the surface of the wafer 11.1And UY2Is arranged. Both are arranged at different positions with respect to the Y-axis direction.
[0044]
The mask 12 includes first and second x-axis mask marks MX.1And MX2, First and second Y-axis mask marks MY1And MY2Is formed. First and second X-axis mask mark MX1And MX2Are the first and second X-axis wafer marks UX, respectively.1And UX2The first and second Y-axis mask marks MY are arranged at positions corresponding to1And MY2Are the first and second Y-axis wafer marks UY, respectively.1And UY2It is arranged at a position corresponding to.
[0045]
These wafer marks and mask marks have the same configuration as that shown in FIG. Optical system 20X1Is the first X-axis wafer mark UX1And the first X-axis mask mark MX1Amount of deviation Δx in the X-axis direction1Observe. Optical system 20X2Is the second X-axis wafer mark UX2And the second X-axis mask mark MX2Amount of deviation Δx in the X-axis direction2Observe. Optical system 20Y1Is the first Y-axis wafer mark UY1And the first Y-axis mask mark MY1Amount of deviation Δy in the Y-axis direction1Observe. Optical system 20Y2Is the second Y-axis wafer mark UY2And second Y-axis mask mark MY2Amount of deviation Δy in the Y-axis direction2Observe. These optical systems 20X1~ 20Y2Each has the same configuration as the optical system 20 shown in FIG.
[0046]
Next, a method for detecting the magnification correction amount of the mask 12 will be described. First, each wafer mark UX1~ UY2And the corresponding mask mark MX1~ MY2Observe and coarsely align.
[0047]
Next, the deviation amount Δx1, Δy1, And Δy2Measure. Deviation Δx1Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the X-axis direction is adjusted. More specifically, the shift amount Δx1The mask 12 is moved in the X-axis direction with respect to the wafer 11 so that becomes zero.
[0048]
Deviation Δy1And Δy2Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the Y-axis direction is adjusted. For example, (Δy1+ Δy2) / 2 is moved in the Y-axis direction with respect to the wafer 11 so that / 2 becomes zero. Further, the deviation amount Δy1And Δy2Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the in-plane rotation direction is adjusted. For example, tan-1[(Δy1-Δy2) / Lx], the mask 12 is rotated in the in-plane direction by an angle obtained from the angle.
[0049]
As a result of the operations so far, the first X-axis wafer mark UX in the X-axis direction.1The positions of the wafer 11 and the mask 12 are aligned with each other at the position where is formed. When the mask 12 is deformed due to thermal expansion or the like, at other positions, both positions are shifted by the amount of deformation of the mask. For the Y-axis direction, the first Y-axis wafer mark UY1And second Y-axis wafer mark UY2The positions of the wafer 11 and the mask 12 are aligned at a position substantially in the center of the position where the two are disposed.
[0050]
Next, the deviation amount Δx2Measure. Deviation Δx2Is not 0, the deviation Δx with respect to the length Lx2Only the mask 12 is distorted in the X-axis direction. That is, Δx2The magnification correction amount in the X-axis direction can be obtained from / Lx.
[0051]
Next, the deviation amount Δx1, Δx2, And Δy1Measure. In the process so far, the deviation amount Δx1Is set to 0, and the amount of deviation Δx at that time2Therefore, it is not necessary to measure again. For the Y-axis direction, the deviation amount Δy1Since the mask 12 is moved in the Y-axis direction after measuring the deviation amount Δy again.1Need to be measured.
[0052]
Deviation Δy1Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the Y-axis direction is adjusted. More specifically, the shift amount Δy1The mask 12 is moved in the Y-axis direction with respect to the wafer 11 so that becomes zero.
[0053]
Deviation Δx1And Δx2Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the X-axis direction is adjusted. For example, (Δx1+ Δx2The mask 12 is moved in the X-axis direction with respect to the wafer 11 so that) / 2 becomes zero. Further, the deviation amount Δx1And Δx2Based on the above, the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the in-plane rotation direction is adjusted. For example, tan-1[(Δx1-Δx2) / Ly], the mask 12 is rotated in the in-plane direction by an angle obtained from the above.
[0054]
By the operation so far, the first Y-axis wafer mark UY in the Y-axis direction is obtained.1The positions of the wafer 11 and the mask 12 are aligned with each other at the position where is formed. When the mask 12 is deformed due to thermal expansion or the like, at other positions, both positions are shifted by the amount of deformation of the mask. For the X-axis direction, the first X-axis wafer mark UX1And second X-axis wafer mark UX2Are positioned approximately in the center of the positions where the wafer 11 and the mask 12 are aligned.
[0055]
Next, the deviation amount Δy2Measure. Deviation Δy2Is not 0, the amount of deviation Δy with respect to the length Ly2Only the mask 12 is distorted in the Y-axis direction. That is, Δy2The magnification correction amount in the Y-axis direction can be obtained from / Ly.
[0056]
When the magnification correction amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction are obtained, the magnification correction of the mask 12 is performed based on the correction amounts.
[0057]
The magnification correction is performed, for example, by locally heating the mask to cause thermal deformation. By appropriately selecting the heating part, it can be deformed almost independently in the X-axis direction or Y-axis direction (Shimazu et al., “Proposal of alignment method by X-ray mask thermal deformation correction”, 58th autumn of 1997) (See Journal of Applied Physics Society, Proceedings, Lecture No. 4p-ZL-8, page 700). Alternatively, the mask may be deformed by applying external stress to the mask. Exposure is performed after correcting the magnification of the mask. Note that fine positioning may be performed again after the magnification correction.
[0058]
Next, an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0059]
A linear guide 51 is attached on the base 50, and the moving mechanism 52 translates along the linear guide 51. The wafer holding table 15 is attached to the moving mechanism 52 via the fine adjustment mechanisms 17 and 18. A wafer holder 15 holds the wafer 11 on the upper surface thereof. A mask holding table 16 is disposed above the wafer holding table 15. The mask holding table 16 holds the mask 12 on the lower surface thereof. The configurations of the fine adjustment mechanisms 17 and 18, the wafer holding table 15, and the mask holding table 16 are the same as the configuration of the alignment apparatus proposed above shown in FIG. 1. In the alignment apparatus shown in FIG. 6, a coordinate system similar to the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is considered. The linear guide 51 guides the moving mechanism 52 in a direction parallel to the Y axis.
[0060]
The moving mechanism 52 can move the wafer holding table 15 from the exposure position 53 where the wafer 11 faces the mask 12 to the retracted position 54. When the wafer holding table 15 is disposed at the retracted position 54, the wafer 11 held on the wafer holding table 15 does not overlap the mask 12 held on the mask holding table 16 when viewed in a line of sight parallel to the Z axis. Are arranged as follows.
[0061]
An optical system 20X above the mask holding table 161And 20X2Is arranged. Optical system 20X1And 20X2Each of these is the same as the optical system 20 shown in FIG. In FIG. 6, only two optical systems are shown, but actually, as shown in FIG. 5, the four optical systems 20X1, 20X2, 20Y1And 20Y2Is arranged. These optical systems 20X1, 20X2, 20Y1And 20Y2Detects the position of the mask mark formed on the mask 12 and also detects the position of the wafer mark formed on the exposure surface of the wafer 11 with the wafer holder 15 placed at the exposure position 53. Since the method for detecting the positions of these marks has been described with reference to FIGS. 3 and 4, the description thereof is omitted here. Further, as described with reference to FIGS. 2C and 3, the gap between the mask 12 and the wafer 11 can be measured.
[0062]
  Note that FIG. 3 illustrates the case where the wafer mark images 40A and 40B and the mask mark image 41 are observed simultaneously, but it is not always necessary to observe both simultaneously. For example, an image of a wafer mark in a state where the mask 12 is not held on the mask holding table 16.40A and 40BObserve only the most in-focus positionu 0 Is detected. Next, the mask 12 is attached, and an image of the mask mark41The most in-focus positionu 1 Is detected. If the position (height) of the wafer 11 in the Z-axis direction does not change before and after the mask 12 is attached, the position u measured at different times.0And u1Thus, the gap between the mask 12 and the wafer 11 can be obtained. The positions in the X-axis direction and the Y-axis direction can also be measured at different times.
[0063]
Above the wafer holder 15 when the moving mechanism 52 is disposed at the retracted position 54, the optical system 60X1, 60X2, 60Y1And 60Y2Is arranged. Optical system 60X1, 60X2, 60Y1And 60Y2Are respectively optical systems 20X.1, 20X2, 20Y1And 20Y2It has the same configuration and function.
[0064]
Optical system 20X1, 20X2, 20Y1, 20Y2, 60X1, 60X2, 60Y1And 60Y2The measurement result is input to the control device 30. The control device 30 stores the measurement result in the storage device 30A. The storage device 30A is composed of, for example, a semiconductor memory. Further, the control device 30 controls the fine adjustment mechanisms 17 and 18 and the moving mechanism 52.
[0065]
Next, an alignment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10 show the mask holding table 16, the wafer holding table 15, and the optical system 20X.1, 20X2, 20Y1, 20Y2, 60X1, 60X2, 60Y1And 60Y2It is a top view which shows arrangement | positioning.
[0066]
As shown in FIG. 7, a dummy wafer 55 is held on the wafer holding table 15 and placed at the exposure position 53. At this time, the mask is not yet held on the mask holding table 16. Four reference marks 56X on the surface of the dummy wafer 55156X256Y1, And 56Y2Is formed. Reference mark 56X156X256Y1, And 56Y2Each has a configuration similar to that of wafer marks 13A and 13B shown in FIG. 2A, and each of wafer marks UX shown in FIG.1, UX2, UY1And UY2Corresponding to Optical system 20X1~ 20Y2And each fiducial mark 56X1~ 56Y2Measure the position of.
[0067]
Hereinafter, fiducial mark 56X1The other fiducial mark 56X256Y1And 56Y2The same procedure as described below is executed for.
[0068]
Reference mark 56X1The X coordinate of the center of x1And the height in the Z-axis direction is z1And The wafer holder 15 is moved to the retracted position 54. Optical system 60X1And fiducial mark 56X1Measure the position of. Reference mark 56X1X coordinate of x2And the height in the Z-axis direction is z2And When the wafer holder 15 is moved in the Y-axis direction, there is no displacement in the X-axis direction and the Z-axis direction, and the optical system 20X1Observation coordinates and optical system 60X1If the relative relationship with the observation coordinate has been adjusted, x1= X2And z1= Z2In general, x1≠ x2And z1≠ z2It becomes.
[0069]
The positional relationship information Δx and Δz are respectively expressed as Δx = x1-X2, Δz = z1-Z2It is defined as The positional relationship information Δx and Δz are stored in the storage device 30A shown in FIG. Reference mark 56X1~ 56Y2Then, the dummy wafer 55 is removed from the wafer holder 15.
[0070]
As shown in FIG. 8, the mask 12 is held on the mask holding table 16. Mask mark 57X on the mask surface of mask 12157X2, 57Y1, And 57Y2Is formed. Mask mark 57X157X2, 57Y1, And 57Y2Each has a configuration similar to that of the wafer mark 14 shown in FIG. 2A, and each of the mask marks MX shown in FIG.1, MX2, MY1And MY2Corresponding to
[0071]
Optical system 20X1And mask mark 57X1The position in the X-axis direction and the height in the Z-axis direction are measured. Mask mark 57X1X coordinate of x0, The height in the Z-axis direction is z0Both are stored in the storage device 30A. Other mask mark 57X2, 57Y1, And 57Y2The same procedure is performed for.
[0072]
As shown in FIG. 9, the wafer 11 is held on the wafer holding table 15 and placed at the retreat position 54. On the exposure surface of the wafer 11, a plurality of unit exposure areas 11A are defined. Position alignment and exposure are performed for each unit exposure region 11A.
[0073]
Four wafer marks 58X are provided in each unit exposure area 11A.1, 58X2, 58Y1, And 58Y2Is formed. Optical system 60X1With wafer mark 58X1Measure the position of. Wafer mark 58X1X coordinate of xThree, The height in the Z-axis direction is zThreeAnd Other wafer mark 58X2, 58Y1, And 58Y2The same procedure is performed for.
[0074]
When the wafer holder 15 is moved to the exposure position 53, the wafer mark 58X1And mask mark 57X1The amount of displacement in the X-axis direction is x0-(XThree−Δx) and wafer mark 58X1The size of the gap between the mask and the wafer at the position where is formed is z0-(ZThree−Δz). Similarly, wafer mark 58X2And mask mark 57X2Misalignment in the X axis direction, wafer mark 58Y1And mask mark 57Y1Misalignment in the Y-axis direction and the wafer mark 58Y2And mask mark 57Y2The amount of misalignment in the Y-axis direction is obtained. Further, the size of the gap between the wafer and the mask at the position where these marks are formed is obtained.
[0075]
From these pieces of information, the movement amount in the X-axis and Y-axis directions and the rotation angle in the θz direction for aligning the wafer and the mask can be obtained. Thereby, alignment of a wafer and a mask can be performed. The fine adjustment mechanisms 17 and 18 are operated in a state where the wafer holding table 15 is disposed at the retracted position 54 to perform alignment.
[0076]
As shown in FIG. 10, the wafer holding table 15 is moved to the exposure position 53. Since the alignment is performed at the evacuation position 54, the alignment between the wafer and the mask has already been completed with the wafer holder 15 moved to the exposure position 53.
[0077]
In the above embodiment, as shown in FIG. 9, the wafer mark can be directly observed without using a mask. For this reason, the position of the wafer mark can be easily detected even when the transmittance of the mask is low. In addition, since the alignment is performed in a state where the wafer holding table 15 is disposed at the retracted position 54, damage to the mask due to the wafer coming into contact with the mask can be prevented.
[0078]
In the above embodiment, the positional relationship information Δx and Δz is obtained using the dummy wafer 55, but it is also possible to obtain the positional relationship information Δx and Δz using a wafer to be actually exposed instead of the dummy wafer 55. For example, the positional relationship information may be obtained using a wafer to be processed first for each determined period. When processing the second and subsequent wafers, the mask and the wafer are aligned using the positional relationship information obtained using the first wafer.
[0079]
Next, an alignment apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0080]
FIG. 11A shows a plan view of a wafer holding table of an alignment apparatus according to another embodiment and a target stage attached thereto, and FIG. 11B shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line B11-B11. .
[0081]
As shown in FIG. 11B, the target stage 70 is attached to the wafer holding table 15 via a linear actuator 71 and a connecting member 73. The target stage 70 has a target surface 70 </ b> A that is parallel to the exposure surface of the wafer 11 held on the wafer holding table 15. The linear actuator 71 can be adjusted such that the target 70 is displaced in the Z-axis direction and the target surface 70 </ b> A is at the same height as the exposure surface of the wafer 11.
[0082]
As shown in FIG. 11A, the reference mark 72X is formed on the target surface 70A.1, 72X272Y1, And 72Y2Is formed. These reference marks are the reference marks 56X formed on the dummy wafer 55 shown in FIG.1~ 56Y2Is the same. Reference mark 56X of dummy wafer 55 in the procedure described with reference to FIG.1~ 56Y2Reference mark 72X of target 70 instead of1~ 72Y2Can be used to obtain positional relationship information Δx and Δz. At this time, the height of the target surface 70 </ b> A is preferably set to the same height as the exposure surface of the wafer 11.
[0083]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the wafer mark formed on the exposure surface of the wafer can be directly observed without passing through the mask, and its position can be detected. In addition, since the gap between the wafer and the mask can be adjusted at the retreat position where the mask is not disposed, damage to the mask due to contact of the wafer with the mask can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an alignment apparatus according to a previous proposal.
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of a wafer mark and a mask mark.
FIG. 3 is a sketched image of scattered light from a wafer mark and a mask mark.
4 is a graph showing an example of an image signal of an image obtained by scattered light obtained by the position detection device shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a plan view for explaining the arrangement of a wafer, a mask, and an optical system in the position detection apparatus according to the previous proposal.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a main part of the alignment apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a positional relationship among a dummy wafer, a wafer holder for holding the dummy wafer, and an optical system for explaining an alignment method according to an embodiment.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a positional relationship between a mask and an optical system for explaining an alignment method according to an embodiment.
FIG. 9 is a schematic plan view showing a positional relationship among a wafer, a wafer holder for holding the wafer, and an optical system for explaining an alignment method according to an embodiment.
FIG. 10 is a schematic plan view showing a positional relationship among a mask, a wafer, and an optical system for explaining an alignment method according to an embodiment.
FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of a wafer holder and a target of an alignment apparatus according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Wafer / mask holder
11 Wafer
12 Mask
13A, 13B Wafer mark
14 Mask mark
15 Wafer holder
16 Mask holder
17, 18 Fine adjustment mechanism
20, 60 optical system
21A, 21B Image detection device
22 lenses
23, 26A half mirror
24 optical fiber
25 optical axis
26B mirror
27 Object
28 Relay lens
29A, 29B Imaging plane
30 Control device
31 Deformation compensation means
40A, 40B Image by scattered light from wafer mark
41 Image of scattered light from mask mark
50 base
51 Linear guide
52 Movement mechanism
53 Exposure position
54 Retraction position

Claims (13)

第1の面上に第1のマークが形成された第1の対象物を保持する第1の保持手段と、
第2の面上に第2のマークが形成された第2の対象物を保持する第2の保持手段と、
前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面からある間隙を隔てて配置される第1の位置、及び該第1の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の少なくとも一部が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物と重ならない第2の位置に、前記第2の保持手段を移動させる移動機構と、
前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1のマークの、前記第1の面に平行な方向に関する位置を測定すると共に、前記第2の保持手段が前記第1の位置にあるときに、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面上の第2のマークの、該第2の面に平行な方向に関する位置を測定する第1の測定装置と、
前記第2の保持手段が前記第2の位置にあるときに、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、前記第2のマークの位置を測定する第2の測定装置と、
前記第1の保持手段に保持された第1の対象物及び前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の一方を他方に対して変位させる微調機構と
を有する位置合わせ装置。
First holding means for holding a first object on which a first mark is formed on a first surface;
Second holding means for holding a second object on which a second mark is formed on the second surface;
The second surface of the second object held by the second holding means is arranged with a gap from the first surface of the first object held by the first holding means. At least a part of the second object held by the second holding means when viewed in a line of sight parallel to the normal direction of the first surface and the normal direction of the first surface. A moving mechanism that moves the second holding means to a second position that does not overlap the first object held by the holding means;
The position of the first mark of the first object held by the first holding means in the direction parallel to the first surface is measured, and the second holding means is the first position. The first mark for measuring the position of the second mark on the second surface of the second object held by the second holding means in the direction parallel to the second surface. A measuring device;
When the second holding means is in the second position, the second holding means is in the direction parallel to the second surface of the second object held by the second holding means and the direction perpendicular thereto. A second measuring device for measuring the position of the two marks;
An alignment apparatus comprising: a fine adjustment mechanism that displaces one of the first object held by the first holding means and the second object held by the second holding means with respect to the other.
前記移動機構が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面に平行な直線に沿って、前記第2の保持手段を並進移動させる請求項1に記載の位置合わせ装置。  The position according to claim 1, wherein the moving mechanism translates the second holding means along a straight line parallel to the first surface of the first object held by the first holding means. Alignment device. 前記第1の測定装置が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面に垂直な方向に関しても、第1のマークの位置を測定することができる請求項1または2に記載の位置合わせ装置。The first measuring device, also with respect to the first of the first surface to the vertical direction of the object held in the first holding means, Ru can measure the position of the first mark The alignment apparatus according to claim 1 or 2. さらに、前記移動機構を駆動すると、前記第2の保持手段と共に移動し、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面と同一方向を向くターゲット面、及び該ターゲット面上に形成された基準マークを有し、該基準マークの位置が、前記第1及び第2の測定装置で測定可能であるステージターゲットを有する請求項1〜3のいずれかに記載の位置合わせ装置。  Further, when the moving mechanism is driven, the target surface moves together with the second holding unit and faces the same direction as the second surface of the second object held by the second holding unit, and the target The alignment according to any one of claims 1 to 3, further comprising a stage target having a reference mark formed on a surface, the position of the reference mark being measurable by the first and second measuring devices. apparatus. さらに、前記第2の保持手段が前記第1の位置にあるときに、該第2の保持手段に固定された前記第2の対象物の第2のマークを、前記第1の測定装置で測定して得られた第1の位置情報と、該第2の保持手段を前記第2の位置まで移動させたときに、前記第2の測定装置で測定された該第2のマークの第2の位置情報とに基づいて、前記移動機構及び前記微調機構を駆動する制御手段を有する請求項1〜3のいずれかに記載の位置合わせ装置。  Further, when the second holding means is at the first position, the second mark of the second object fixed to the second holding means is measured by the first measuring device. And the second position of the second mark measured by the second measuring device when the second holding means is moved to the second position. The alignment apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that drives the moving mechanism and the fine adjustment mechanism based on position information. 前記制御手段は、前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とから求められた位置関係情報を記憶する記憶手段を有する請求項5に記載の位置合わせ装置。  The alignment apparatus according to claim 5, wherein the control unit includes a storage unit that stores positional relationship information obtained from the first position information and the second position information. さらに、前記第2の保持手段が前記第1の位置にあるときに、該第2の保持手段に固定された基準マークを、前記第1の測定装置で測定して得られた第1の位置情報と、該第2の保持手段を前記第2の位置まで移動させたときに、前記第2の測定装置で測定された該基準マークの第2の位置情報とに基づいて、前記移動機構及び前記微調機構を駆動する請求項4に記載の位置合わせ装置。  Furthermore, when the second holding means is at the first position, the first position obtained by measuring the reference mark fixed to the second holding means with the first measuring device. Based on the information and the second position information of the reference mark measured by the second measuring device when the second holding means is moved to the second position. The alignment apparatus according to claim 4, wherein the fine adjustment mechanism is driven. 前記制御手段は、前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とから求められた位置関係情報を記憶する記憶手段を有する請求項7に記載の位置合わせ装置。  The alignment device according to claim 7, wherein the control unit includes a storage unit that stores positional relationship information obtained from the first position information and the second position information. (a)第3の保持手段を第3の位置に配置し、第3の測定装置で、該第3の保持手段に固定された基準マークの位置を測定する工程と、
(b)前記第3の保持手段を、XY面に平行な方向に移動させて第4の位置に配置し、第4の測定装置で、該第3の保持手段に固定された前記基準マークの位置を測定する工程と、
(c)前記工程で得られた前記基準マークの2つの位置情報に基づいて、前記第3の測定装置で測定される位置情報と前記第4の測定装置で測定される位置情報とを関連づけた位置関係情報を求める工程と、
(d)前記第3の位置に配置されているときの前記第3の保持手段に保持された第3の対象物に、ある間隙を隔てて対向するように、第4の保持手段で第4の対象物を保持する工程と、
(e)前記第の測定装置で、前記第4の保持手段に保持された第4の対象物上の第4のマークの位置を測定する工程と、
(f)第3の対象物を前記第3の保持手段で保持し、該第3の保持手段を前記第4の位置まで移動させる工程と、
(g)前記第3の保持手段が前記第4の位置まで移動した状態で、該第3の保持手段に保持された第3の対象物に形成された第3のマークの位置を、前記第4の測定装置で測定する工程と、
(h)前記第3の保持手段を前記XY面に平行な方向に移動させて前記第3の位置に配置すると共に、前記第3のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第3の対象物及び第4の対象物の一方を他方に対して相対的に移動させ、両者の位置合わせを行う工程と
を有し、
前記工程(a)において、前記XY面に平行な方向、及び該XY面に垂直なZ方向に関して前記基準マークの位置を測定し、前記工程(g)において、前記XY面に平行な方向、及び該XY面に垂直なZ方向に関して前記第3のマークの位置を測定し、前記工程(h)において、XY面に平行な方向及びZ方向に関して位置合わせを行う位置合わせ方法。
(A) placing the third holding means at the third position and measuring the position of the reference mark fixed to the third holding means with a third measuring device;
(B) The third holding means is moved in a direction parallel to the XY plane and arranged at a fourth position , and the reference mark fixed to the third holding means is fixed by the fourth measuring device. Measuring the position;
(C) Based on the two pieces of position information of the reference mark obtained in the step, the position information measured by the third measuring device is associated with the position information measured by the fourth measuring device. A process for obtaining positional relationship information;
(D) The fourth holding means uses the fourth holding means so as to face the third object held by the third holding means when arranged at the third position with a certain gap therebetween. Holding the object of
(E) measuring the position of the fourth mark on the fourth object held by the fourth holding means with the third measuring device;
(F) holding a third object with the third holding means, and moving the third holding means to the fourth position;
(G) With the third holding unit moved to the fourth position, the position of the third mark formed on the third object held by the third holding unit is Measuring with the measuring device of 4;
(H) The third holding means is moved in a direction parallel to the XY plane and arranged at the third position , and based on the positional information of the third mark and the positional relationship information, the relatively moving a third one of the object and the fourth object relative to the other, possess the step of aligning the two,
In the step (a), the position of the reference mark is measured with respect to a direction parallel to the XY plane and a Z direction perpendicular to the XY plane, and in the step (g), a direction parallel to the XY plane, and An alignment method in which the position of the third mark is measured in the Z direction perpendicular to the XY plane, and in the step (h), alignment is performed in the direction parallel to the XY plane and the Z direction .
前記両者の位置合わせを行う工程において、前記第3のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第3の対象物を変位させ、その後、前記第3の保持手段を前記第3の位置まで移動させる請求項9に記載の位置合わせ方法。  In the step of aligning the two, the third object is displaced based on the position information of the third mark and the positional relationship information, and then the third holding means is moved to the first holding means. The alignment method according to claim 9, wherein the alignment method is moved to a position of 3. 前記工程(a)が、
前記基準マークが設けられた第5の対象物を前記第3の保持手段に保持する工程と、
前記第3の保持手段に保持された前記第5の対象物に設けられた前記基準マークの位置を測定する工程と
を含む請求項10に記載の位置合わせ方法。
The step (a)
Holding the fifth object provided with the reference mark in the third holding means;
The alignment method according to claim 10, further comprising a step of measuring a position of the reference mark provided on the fifth object held by the third holding means.
第1の面上に第1のマークが形成された第1の対象物を保持する第1の保持手段と、First holding means for holding a first object on which a first mark is formed on a first surface;
第2の面上に第2のマークが形成された第2の対象物を保持する第2の保持手段と、Second holding means for holding a second object having a second mark formed on the second surface;
前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面からある間隙を隔てて配置される第1の位置、及び該第1の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の少なくとも一部が、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物と重ならない第2の位置に、前記第2の保持手段を移動させる移動機構と、The second surface of the second object held by the second holding means is arranged with a gap from the first surface of the first object held by the first holding means. At least a part of the second object held by the second holding means when viewed in a line of sight parallel to the normal direction of the first surface and the normal direction of the first surface. A moving mechanism that moves the second holding means to a second position that does not overlap the first object held by the holding means;
前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面に平行な方向に関して、該第1の対象物の第1のマークの位置を測定する第1の測定装置と、A first measuring device for measuring a position of a first mark of the first object with respect to a direction parallel to the first surface of the first object held by the first holding means;
前記第2の保持手段が前記第2の位置にあるときに、該第2の保持手段に保持された第2の対象物の第2の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、該第2の対象物の第2の面上の第2のマークの位置を測定する第2の測定装置と、When the second holding means is in the second position, the second holding means is in a direction parallel to and perpendicular to the second surface of the second object held by the second holding means. A second measuring device for measuring the position of the second mark on the second surface of the second object;
前記移動機構を駆動すると、前記第2の保持手段と共に移動し、前記移動機構を駆動することにより、前記第1の測定装置及び第2の測定装置で、前記第1の面に平行な方向、及び垂直な方向に関する位置が測定される基準マークと、When the moving mechanism is driven, it moves together with the second holding means, and by driving the moving mechanism, the first measuring device and the second measuring device are in a direction parallel to the first surface, And a reference mark whose position in the vertical direction is measured,
前記第1の保持手段に保持された第1の対象物及び前記第2の保持手段に保持された第2の対象物の一方を他方に対して、前記第1の面に平行な方向及び垂直な方向に変位させる微調機構とA direction parallel to the first surface and perpendicular to one of the first object held by the first holding means and the second object held by the second holding means. A fine-tuning mechanism that displaces
を有する位置合わせ装置。An alignment device having
前記第1の測定装置は、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物の第1の面に垂直な方向に関しても、該第1の対象物の第1のマークの位置を測定する請求項12に記載の位置合わせ装置。The first measuring device also measures the position of the first mark of the first object in a direction perpendicular to the first surface of the first object held by the first holding means. The alignment apparatus according to claim 12.
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